一种高分辨率斜像镜头的制作方法

[0001]
本发明涉及工业相机技术领域，尤其涉及一种高分辨率斜像镜头。


背景技术：

[0002]
随着光学、图像处理和计算机技术的发展，3d线激光测量技术得到广泛应用。它利用工业相机拍摄得到相应的图像信息，并对图像进行一系列的处理，提取出所需要的信息，最终达到测量的目的。3d线激光测量技术需要镜头拍摄倾斜目标，而传统镜头受景深的限制难于对倾斜目标全视野清晰成像。
[0003]
沙姆定律为当被摄体平面、影像平面、镜头平面这三个面的延长面相交于一直线时，即可得到全面清晰的影像。沙姆定律的发现为倾斜目标清晰成像提供了理论基础。


技术实现要素：

[0004]
本发明要解决的技术问题是提供一种满足沙姆定律的对倾斜目标全视野清晰成像高分辨率斜像镜头。
[0005]
为解决上述问题，本发明的技术方案为：
[0006]
一种高分辨率斜像镜头，光轴从物侧至像侧依次分布：
[0007]
具有正光焦度的第一球面透镜，包括位于物侧的第一面和位于像侧的第二面；
[0008]
具有正光焦度的第二球面透镜，包括位于物侧的第三面和位于像侧的第四面；
[0009]
光栏，包括第五面；
[0010]
具有负光焦度的第三球面透镜，包括位于物侧的第六面和位于像侧的第七面；
[0011]
具有负光焦度的第四球面透镜，包括位于物侧的第八面和位于像侧的第九面；
[0012]
具有正光焦度的第五球面透镜，包括位于物侧的第十面和位于像侧的第十一面；
[0013]
具有负光焦度的第六球面透镜，包括位于物侧的第十二面和位于像侧的第十三面；
[0014]
具有正光焦度的第七球面透镜，包括位于物侧的第十四面和位于像侧的第十五面；
[0015]
具有正光焦度的第八球面透镜，包括位于物侧的第十六面和位于像侧的第十七面。
[0016]
进一步地，目标平面的视野为0-500mm。
[0017]
进一步地，还包括设置于所述第八球面透镜靠近像侧一侧的滤光片，包括位于物侧的第十八面和位于像侧的第十九面。
[0018]
进一步地，当目标平面的视野为10mm时，各镜头的参数为：
[0019][0020]
目标平面与光轴夹角为72度，探测器平面与光轴夹角为76.23度，镜头放大倍率为0.754。
[0021]
进一步地，当目标平面的视野为250mm时，各镜头的参数为：
[0022]
[0023][0024]
目标平面与光轴夹角为30.8度，探测器平面与光轴夹角为74.66度，镜头放大倍率为0.163。
[0025]
进一步地，当目标平面的视野为500mm时，各镜头的参数为：
[0026][0027]
目标平面与光轴夹角为30.8度，探测器平面与光轴夹角为74.66度，镜头放大倍率为0.163。
[0028]
进一步地，探测器尺寸为1/1.8”，工作波长为405
±
10nm，镜头焦距f＝35mm， f/#＝2.4。
[0029]
进一步地，探测器尺寸1/1.8”，工作波长为405
±
10nm，镜头焦距f＝35mm， f/#＝3.5。
[0030]
进一步地，探测器尺寸1/1.8”，工作波长为405
±
10nm，镜头焦距f＝34.4mm， f/#＝3.58。
[0031]
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
[0032]
1.本发明设计出满足沙姆定律的八片球面式斜像镜头，对倾斜目标全视野高分辨率清晰成像；
[0033]
2.本发明设计的斜像镜头适应于视野为0-500mm的目标平面，适应范围广，满足3d线激光测量领域内的工业相机需求；
[0034]
3.本发明中的第一球面透镜有助于消除彗差，第二球面透镜有助于消除球差、彗差、轴向色差，光栏放在第二球面透镜和第三球面透镜之间有助于消除彗差、倍率色差、畸变，第三、四、五球面透镜有助于消除球差、彗差、轴向色差、像散，第六、七、八球面透镜有助于消除畸变、场曲，且本斜像镜头具备合理的正、负光焦度分配。
附图说明
[0035]
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
[0036]
图1为沙姆定律成像原理示意图；
[0037]
图2为斜像镜头结构示意图；
[0038]
图3为dof＝10mm的斜像镜头结构示意图；
[0039]
图4为dof＝10mm的斜像镜头mtf曲线示意图；
[0040]
图5为dof＝10mm的斜像镜头轴向球差曲线示意图；
[0041]
图6为dof＝10mm的斜像镜头畸变曲线示意图；
[0042]
图7为dof＝250mm的斜像镜头结构示意图；
[0043]
图8为dof＝250mm的斜像镜头mtf曲线示意图；
[0044]
图9为dof＝250mm的斜像镜头轴向球差曲线示意图；
[0045]
图10为dof＝250mm的斜像镜头畸变曲线示意图；
[0046]
图11为dof＝500mm的斜像镜头结构示意图；
[0047]
图12为dof＝500mm的斜像镜头mtf曲线示意图；
[0048]
图13为dof＝500mm的斜像镜头轴向球差曲线示意图；
[0049]
图14为dof＝500mm的斜像镜头畸变曲线示意图；
[0050]
其中，1为第一球面透镜；2为第二球面透镜；3为光栏；4为第三球面透镜；5为第四球面透镜；6为第五球面透镜；7为第六球面透镜；8为第七球面透镜；9为第八球面透镜；10为滤光片。
具体实施方式
[0051]
为了对本发明的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
[0052]
实施例：
[0053]
如图1-14所示为一种高分辨率斜像镜头，光轴从物侧至像侧依次分布：
[0054]
具有正光焦度的第一球面透镜1，包括位于物侧的第一面和位于像侧的第二面；
[0055]
具有正光焦度的第二球面透镜2，包括位于物侧的第三面和位于像侧的第四面；
[0056]
光栏3，包括第五面；
[0057]
具有负光焦度的第三球面透镜4，包括位于物侧的第六面和位于像侧的第七面；
[0058]
具有负光焦度的第四球面透镜5，包括位于物侧的第八面和位于像侧的第九面；
[0059]
具有正光焦度的第五球面透镜6，包括位于物侧的第十面和位于像侧的第十一面；
[0060]
具有负光焦度的第六球面透镜7，包括位于物侧的第十二面和位于像侧的第十三面；
[0061]
具有正光焦度的第七球面透镜8，包括位于物侧的第十四面和位于像侧的第十五面；
[0062]
具有正光焦度的第八球面透镜9，包括位于物侧的第十六面和位于像侧的第十七面。
[0063]
还包括设置于第八球面透镜9靠近像侧一侧的滤光片10，包括位于物侧的第十八面和位于像侧的第十九面。如果光源使用单色光源，可以不设置滤光片10。
[0064]
图1显示了沙姆定律成像原理图，目标平面、镜头主面、探测器平面三者延长线相交于一个平面，且相交平面唯一，需要满足以下沙姆关系式：
[0065][0066]
其中，dof为目标平面的视野，即拍摄范围。α是目标平面与镜头光轴的夹角，β是探测器平面与镜头光轴的夹角，a
’
是光轴上o点的物距，b
’
是光轴上o点的像距，b
’
/a
’
为镜头的放大倍率。
[0067]
第一球面透镜1有助于消除彗差，第二球面透镜2有助于消除球差、彗差、轴向色差，光栏3放在第二球面透镜2和第三球面透镜4之间有助于消除彗差、倍率色差、畸变，第三、四、五球面透镜有助于消除球差、彗差、轴向色差、像散，第六、七、八球面透镜有助于消除畸变、场曲。由于该成像镜头具备合理的正、负光焦度分配，可以设计出摄影范围0mm≤dof≤500mm的全视野高分辨率斜像镜头。
[0068]
当dof＝10mm时，探测器尺寸为1/1.8”，工作波长为405
±
10nm，镜头焦距f＝35mm，f/#＝2.4。详细设计结构见图3，详细设计参数下表：
[0069][0070][0071]
该设计目标平面与光轴夹角α＝72度，探测器平面与光轴夹角β＝76.23度，镜头放大倍率b
’
/a
’
＝0.754。又tan(α)/tan(β)＝0.754，即满足沙姆关系式。图4 给出了dof＝10mm斜像镜头的成像质量mtf曲线图，全视野下mtf>0.4，图5给出了dof＝10mm斜像镜头的轴向球差曲线图，全孔径下小于0.5mm，图6 给出了dof＝10mm斜像镜头的畸变曲线图，全视野下畸变小于0.5％。综上，该设计具有全视野10mm高分辨率成像，小像差，低畸变的优点。
[0072]
当dof＝250mm时，探测器尺寸1/1.8”，工作波长为405
±
10nm，镜头焦距 f＝35mm，f/#＝3.5。详细设计结构见图7，详细设计参数见下表：
[0073][0074]
目标平面与光轴夹角α＝30.8度，探测器平面与光轴夹角β＝74.66度，镜头放大倍率b
’
/a
’
＝0.163。又tan(α)/tan(β)＝0.163，即满足沙姆关系式。图8给出了dof＝250mm斜像镜头的成像质量mtf曲线图，全视野下mtf>0.4，图9给出了dof＝250mm斜像镜头的轴向球差曲线图，全孔径下小于0.5mm，图10给出了dof＝250mm斜像镜头的畸变曲线图，全视野下畸变小于0.5％。综上，该设计具有全视野250mm高分辨率成像，小像差，低畸变的优点。
[0075]
当dof＝500mm时，探测器尺寸1/1.8”，工作波长为405
±
10nm，镜头焦距f＝34.4mm，f/#＝3.58。详细设计结构如图11，详细设计参数见下表：
[0076][0077]
目标平面与光轴夹角α＝30.8度，探测器平面与光轴夹角β＝74.66度，镜头放大倍率b
’
/a
’
＝0.163。又tan(α)/tan(β)＝0.163，即满足沙姆关系式。图12给出了dof＝500mm斜像镜头的成像质量mtf曲线图，全视野下mtf>0.4，图13给出了dof＝500mm斜像镜头的轴向球差曲线图，全孔径下小于0.5mm，图14给出了dof＝500mm斜像镜头的畸变曲线图，全视野下畸变小于0.5％。综上，该设计具有全视野500mm高分辨率成像，小像差，低畸变的优点。
[0078]
本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。